JP2018515207A - 監視システム - Google Patents

監視システム Download PDF

Info

Publication number
JP2018515207A
JP2018515207A JP2017557178A JP2017557178A JP2018515207A JP 2018515207 A JP2018515207 A JP 2018515207A JP 2017557178 A JP2017557178 A JP 2017557178A JP 2017557178 A JP2017557178 A JP 2017557178A JP 2018515207 A JP2018515207 A JP 2018515207A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
monitoring system
target surface
dimensional
target
pyramid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
JP2017557178A
Other languages
English (en)
Inventor
メイアー,イヴァン
ミード,エドワード
Original Assignee
ビジョン アールティ リミテッド
ビジョン アールティ リミテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ビジョン アールティ リミテッド, ビジョン アールティ リミテッド filed Critical ビジョン アールティ リミテッド
Publication of JP2018515207A publication Critical patent/JP2018515207A/ja
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/0002Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0012Biomedical image inspection
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/70Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/80Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration
    • G06T7/85Stereo camera calibration
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20Image signal generators
    • H04N13/204Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/246Calibration of cameras
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20Image signal generators
    • H04N13/282Image signal generators for generating image signals corresponding to three or more geometrical viewpoints, e.g. multi-view systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/376Surgical systems with images on a monitor during operation using X-rays, e.g. fluoroscopy
    • A61B2090/3762Surgical systems with images on a monitor during operation using X-rays, e.g. fluoroscopy using computed tomography systems [CT]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3937Visible markers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03Computed tomography [CT]
    • A61B6/032Transmission computed tomography [CT]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/04Positioning of patients; Tiltable beds or the like
    • A61B6/0492Positioning of patients; Tiltable beds or the like using markers or indicia for aiding patient positioning
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12Arrangements for detecting or locating foreign bodies
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A61N2005/1059Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam using cameras imaging the patient
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A61N2005/1061Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam using an x-ray imaging system having a separate imaging source
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2200/00Indexing scheme for image data processing or generation, in general
    • G06T2200/04Indexing scheme for image data processing or generation, in general involving 3D image data
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30004Biomedical image processing
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30204Marker

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

放射線治療装置と共に使用するための監視システムは、その上に1つ又は複数の3次元突起部(38)が設けられたターゲット面(36a,36b)であって、各突起部(38)は多数の平坦な側面(S)を有する、ターゲット面(36a,36b)と;ターゲット面(36a,36b)の画像を取得するように動作可能な立体カメラ(14)と;立体カメラ(14)によって取得されたターゲット面(36a,36b)の画像を、空間内の定点に対する立体カメラ(14)の位置及び向きを識別するデータと共に処理し、少なくとも1つ又は複数の3次元投影(36a,36b)によって規定された平坦な側面(S)の空間内の定点に対する位置を決定するように動作可能な処理モジュール(200)と;を有する。

Description

本発明は、監視システムに関する。より具体的には、本発明は、放射線治療中の患者の位置付け及び監視に使用するための監視システムに関する。
放射線治療法(RT)は、患者の身体の所定の領域に放射線ビームを投射して、その領域内に存在する腫瘍を破壊又は除去することから構成される。このような治療は、通常、周期的に且つ繰り返し行われる。各医学的介入において、選択された領域を可能な限り最も高い精度で照射するために、放射線源を患者に対して位置付けしなければならない。
既知のRT装置は、生成された放射線ビームを治療アイソセンタと呼ばれるものに焦点を合わせ、且つ患者監視システムを用いて患者の位置を監視し、アイソセンタが治療される腫瘍と一致するのを確実にするように較正される。そのような監視システムは、患者の位置を追跡可能な1つ又は複数の立体カメラを含むことが多い。患者が機械的カウチ(couch)に横たわっている場合に、監視システムの制御下で、機械的カウチは、アイソセンタを腫瘍に焦点合わせするように患者を正しい位置に位置付けする。
立体カメラは、患者の身体の自然の特徴部又は患者の表面に適用される物理的なマーカーを監視する。カメラは、一般に、治療室の天井から吊り下げられた固定位置にあり、患者から1.5〜2m離して配置される。固定位置とすることにより、治療アイソセンタに対する患者の相対位置を識別するようにカメラを較正することが可能になる。同時に、患者から離れているので、カメラは治療装置自体の障害にはならない。
定位手術の場合に、特に脳腫瘍を治療する場合に、放射線が周囲の健康な組織ではなく腫瘍に送達されるように、患者をRT送達システムに対して非常に高い精度で位置付けすることが不可欠である。このため、定位置で手術を受けている患者の頭部は、治療中に患者が自分の頭部を動かすことができないように、フレーム又は顔面マスクによってカウチに確実に取り付けられる。
既存の患者監視システムは、高精度で患者を監視することができるが、そのようなシステムによって患者を監視できる更なる改善が所望されている。
本発明の一態様によれば、放射線治療装置と共に使用するための監視システムが提供され、この監視システムは、その上に1つ又は複数の3次元突起部が設けられたターゲット面であって、各突起部は多数の平坦な側面を有する、ターゲット面と;ターゲット面の画像を取得するように動作可能な立体カメラと;立体カメラによって取得された少なくとも1つのターゲット面の画像を、空間内の定点(defined point)に対する立体カメラの位置及び向きを識別するデータと共に処理して、1つ又は複数の3次元投影によって規定された平坦な側面の空間内の定点に対する位置を決定するように動作可能な処理モジュールと;を有する。
立体カメラを利用して多数の平坦な側面を有する3次元突起部を画像化することにより、3次元突起部の表面のモデルを作成することが可能になる。3次元突起部が多数の平坦な側面を有することが既知である場合に、平坦な面に対して最も適合した面が決定され、こうしてその平坦な面の位置及び向きを決定することができる。
一実施形態では、3次元突起部のそれぞれの平坦な側面は、点を規定するように収束し、処理モジュールは、少なくとも1つ又は複数の3次元投影によって規定される特徴点の空間内の定点に対する位置を決定するように動作可能である。
こうして、平坦な面に対応する最も適合した(複数の)面の交点によって、識別された点の位置を高い精度で決定することを可能にする。
多数の平坦な側面が特徴点を規定するように収束する3次元突起部の使用は、特徴点の位置の識別が、平坦な面上の複数の点の測定値から決定できることを意味する。こうして、特徴点の位置の測定は、多数のデータ測定値に依存し、従って、誤差が生じ難い。
さらに、平坦な面に対応する面の決定は、ターゲット面の相対的な向きを示すデータを与えることができる。
一実施形態では、ターゲット面は、頭部装着フレームに設けられ、患者の頭部の位置及び向きを決定することを可能にする。
複数の3次元突起部が設けられる場合に、複数の3次元突起部によって識別される特徴点の相対位置によって、ターゲット面の向きを決定することを可能にする。
好ましくは、異なる高さの突起部が設けられるか、又は突起部が非対称パターンで構成される。これは、異なる突起部の識別を簡素化し、ターゲット面の向きを一意的に決定できるという意味で好ましい。
いくつかの実施形態では、2つのターゲット面を円周方向に間隔を空けて配置してもよい。2つ以上のターゲット面を設けることにより、ターゲット面の少なくとも1つが立体視カメラに見える(visible)可能性が増大する。
本発明について、添付図面を参照して単に一例としてより具体的に説明する。
本発明の実施形態による監視システムを含む治療システムの斜視図である。 図1のシステムの概略側面図である。 監視される例示的なターゲット面が取り付けられた頭部フレームの斜視図である。 代替的なターゲット面の斜視図である。
図1及び図2において、治療システム10は、放射線治療法を適用する線形加速器又は放射線治療法を計画するためのX線シミュレータ等の治療装置12、立体カメラ14、及びコンピュータ16を含む。この実施形態では、立体監視カメラ14は、治療室の天井から吊り下げられており、患者及び治療装置12から所定の距離(例えば、1.5〜2m)離れている。
カメラ14は、コンピュータ16に無線で接続される(図2の破線で示される)。カメラは、物理的なワイヤを介してコンピュータ16に接続してもよい。コンピュータ16は、ワイヤ18を介して治療装置12にも接続される。
治療中に患者22がその上に横たわる機械的カウチ20が設けられる。治療装置12及び機械的カウチ20は、コンピュータ16の制御下で、機械的カウチ20と治療装置12との相対位置が、横方向、垂直方向、長手方向及び回転方向に変化するように構成される。
図1に確認されるように、治療装置12は本体24を有しており、この本体からガントリ26を延ばす。コリメータ28が、治療装置12の本体24から離れた、ガントリ26の端部に設けられる。放射線が患者22に照射される角度を変化させるために、ガントリ26は、コンピュータ16の制御下で、治療装置12の本体の中心を通る軸線を中心に回転するように構成される。さらに、ガントリ26の端部でコリメータ28を回転させることによって、治療装置による放射位置も変化させることができる。
ここで監視される例示的なターゲット面が取り付けられる頭部フレーム30の斜視図である図3を参照すると、図3は、患者22に固定され且つ次に機械的カウチに固定された、患者の頭部を機械的カウチ20に対して固定位置及び向きで保持するリング形状の頭部装着フレーム30を示す。頭部装着フレーム30は、長手方向軸線Xを有し、且つ装着フレーム30から略長手方向軸線Xの方向に延びる突起部32と、治療を受ける患者22の頭部23を固定する固定ネジ34とを含む。
第1のターゲット面36a及び第2のターゲット面36bが、頭部装着フレーム30に固定される。第1のターゲット面36a及び第2のターゲット面36bは、長手方向軸線(X)の周りに距離Dだけ円周方向に間隔を空けて配置される。第1ターゲット面36aは、第1の軸線FA1と、第1の軸線FA1に対して直交する第2の軸線SA1とを有する。第2のターゲット面36bは、第1の軸線FA2と、第1の軸線FA2に対して角度θの(この実施形態では直交する)第2の軸線SA2とを有する。第1のターゲット面36aの第1の軸線FA1は、第2のターゲット面36bの第1の軸線FA2と平行である。代替実施形態では、ターゲット面を異なるように配置することができ、機械的カウチ及びガントリの可能な位置を考慮に入れて、十分なターゲット面を立体カメラで画像化して、(ターゲット)面を正確に追跡できるようにすることが重要である。
この実施形態の各ターゲット面36a,36bは、その上に設けられた4つの同一の四角形ベースのピラミッド38を有する。各ピラミッド38は、四角形のベース面と、等しい面積の側面Sとを有する。ピラミッド38は、エッジEXのラインがターゲット面36a,36bの軸線Xの方向に平行に延び、且つエッジEXPのラインが軸線Xに対して直交方向に、軸線Xから離間して延びるように四角形マトリックス内に対称的に配置される。各側面Sは、特徴点(point feature)(ピラミッドの頂点)40に向けて収束し、高さHを有する。
以下に説明するように、ターゲット面36a,36bは、監視システムによってピラミッド38の頂点40に対応する点を非常に高い精度で識別できるように構成され、こうして治療中に患者の頭部の位置及び向きを非常に高い精度で監視することができる。
図1及び図2に再び参照すると、カメラ14は、遠位位置で天井に取り付けられ、カメラ14がターゲット面36a,36bと直接的に見通し状態(line of sight)になることを保証する視野40(図1参照)を有する。
カメラ14は、RTシステムにおいて治療装置及び患者等の対象物を監視する際に使用される周知の立体カメラであるので、ここでは詳細には説明しないが、スペックル・プロジェクタ44(図2)が(モジュールを形成するために)カメラ14と一体化されるものであり、一般にモジュール内に含まれるCMOSアクティブ画素センサ又は電荷結合素子(図示せず)等の画像検出器の前に配置された2つのレンズ46L,46Rを含む。画像検出器は、レンズ46L,46Rの背後に配置され、ターゲット面36a,36bの画像を捕捉する。スペックル・プロジェクタ44は、2つのレンズ46L,46Rの間に位置付けられ、且つ赤外線の擬似ランダムスペックルパターンでピラミッド38を照射するように配置され、それによりピラミッド38の画像が2つの画像検出器によって捕捉されると、捕捉された画像の対応する部分を区別することができる。この目的のために、スペックル・プロジェクタ44は、LED等の光源と、フィルム上に印刷された疑似ランダムスペックルパターンを有するフィルムとを含む。使用時には、光源からの光がフィルムを介して投影され、その結果、明暗領域から構成されるパターンがピラミッド38の面Sに投影される。次に、捕捉された画像を処理して、ピラミッド38の表面上の点のセットの位置及び向きを決定することができる。
コンピュータ16がカメラ14から受信した画像を処理するために、コンピュータ16は、ディスク上に設けられたソフトウェアによって、又は通信ネットワークを介して処理モジュール200への電気信号を受信することによって構成される。処理モジュール200は、カメラ14からの画像を処理して、ピラミッド38、従って患者22の位置及び向きを決定することができる。
頭部フレームの位置及び向き、従って患者22の位置及び向きは、以下のように取得される。
最初に、カメラ14は、カメラからの画像を処理し、それらの画像内に捕捉された対象物の位置及び向きを決定できるように較正される。そのためには、画像が実世界での距離に関連するように、カメラの様々な内部パラメータ(例えば、焦点距離、レンズ収差等)を決定する必要がある。
簡潔に述べると、アルミニウムや鋼等の平坦な剛性材料の40×40cmのシート等の較正シートの形態のキャリブレーション対象物が提供され、そのシートの表面上の既知の位置に円の20×20マトリックスのパターンが示される。さらに、較正シートの中心に向けて、4つの円に隣接する4つのより小さいマーカーがあり、それらマーカーの中心は一緒に既知の大きさの四角形の四隅を特定する。較正シートの画像は、位置決定モジュールによって取得及び処理さ、画像内の4つのマーカーの位置及びそれらの関連する円を画像内で識別する。画像内のマーカーによって識別された円の相対位置から、較正シートの相対的な向きに起因する画像内の平行四辺形のコーナー部を規定する識別された円の推定中心を説明する射影変換が決定され、カメラ14のレンズ46L,46Rは画像を取得する。オプションで、円の中心の推定位置の精度をさらに高めるために、計算された変換が、識別された円のそれぞれに順番に適用され、円の楕円形を変換する。次に、4つの円の中心の位置は、変換された円の中心を特定し、逆変換を利用して元の(original)画像における推定円の中心の対応する位置を決定することによって決定される。較正シート上の円の各表現の全ての中心の座標が画像に対して計算されたとき、追跡カメラのレンズの相対的な向きは、”A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off the Shelf TV Cameras and Lenses”, Roger Tsai, IEEE Journal of Robotics and Automation, Vol. Ra-3, No.4, August 1987に詳細に記載されるように、画像内のこれらの点の相対位置及び較正シートの表面上のこれらの円の既知の相対位置から計算することができる。さらに、個々の画像内の点の相対位置から、カメラ画像内の焦点距離及び歪曲収差等の内部カメラパラメータも決定することができる。
カメラ14のレンズの相対位置及びカメラ画像に存在するレンズ収差を決定した後に、次のステップは、治療装置12のアイソセンタに対するカメラ14の位置及び向きを決定することである。
これは、既知のサイズの較正キューブ(cube)を画像化することによって達成され、この較正キューブは、治療装置12の機械的カウチ20上に、キューブの外側上のマークとアイソセンタで交差するレーザ十字線の投影とを一致させることによって、示されるように治療装置12のアイソセンタにその中心を有する位置に配置される。較正キューブの画像は、カメラレンズの相対位置の以前に取得した測定値と、画像内に存在する歪みの存在に関する任意のデータを利用して処理され、キューブの表面の3Dコンピュータモデルを生成する。キューブが、既知の寸法を有し、既知の位置にあり、且つレーザ十字線によって示されるように治療装置のアイソセンタに対して既知の向きにあるので、較正キューブの生成された3Dモデルと、較正キューブのサイズ及び位置についての既知のパラメータとの間の比較によって、カメラ14の位置及び向きをアイソセンタに対して決定することを可能にし、それによってカメラ14に対して決定された後続の位置及び向き情報を、治療装置のアイソセンタに対する位置及び向き情報に変換することができる。
他の代替的な手法では、WO2015/008040に記載されるように(この文献の内容は参照により本明細書に組み込まれる)、アイソセンタに対するカメラ14の相対的な位置及び向きを決定する手法を用いてもよい。
治療装置12のアイソセンタに対するカメラ14の相対的な位置及び向きを決定した後に、カメラ14は、ターゲット面36a,36bのピラミッド38の画像を取得する。表面の画像を表面の3Dモデルに変換するための適切な手法は、Vision RTの米国特許第7,889,906号に記載されており、この文献の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
簡潔に述べると、カメラ14のプロジェクタ44から頭部装着フレーム30上のピラミッド38の面Sに投影されたスペックルパターンの画像は、カメラ14の左右のレンズ46L,46Rによって取得される。
次に、処理モジュール200は、左右のレンズ46L,46Rによって受け取られた画像の対応する部分(典型的には、解析は約16×16画素の画像パッチである)を識別して一致させるための変換を決定する。これらの画像の対応する部分を左右のレンズ46L,46Rの背後の画像検出器の撮像面の相対位置の知見と共に一致させることにより、ピラミッド面S上の点に対応する位置及び特徴点40の位置を各ピラミッド38上で特定することができる。
次に、ピラミッドの頂点に対応する点の位置を決定することができる。より具体的には、各ピラミッドの個々の面Sに対応する点のセットを決定することができる。誤差を許容するために、特定の表面上の全ての点は共通の平面上にある必要がある。最も適合した面に対応する数学的な面を決定することができる。他の面Sについても最も適合した同様の面を決定することができ、これらの面の交点はピラミッドの頂点の位置を一意に特定する。
点40で交わる多数の面Sを有するピラミッド38等のような突起部を設けることにより、点40の位置がピラミッド38の面S上に投影されたスペックルパターンの複数の測定値から推測されるので、点40の位置を非常に高い精度で決定することができることが理解されよう。
また、複数のピラミッド38を設けることにより、画像検出器によって捕捉され処理される特徴点40の数が増えるので、精度をさらに高めることも理解されよう。同じ原理が、2つのターゲット面36a,36bに突起部を設けることにも適用される。さらに、ターゲット面36a,36bを離間させることにより、カメラ14とターゲット面36a,36bとの間の視線が部分的に遮断される場合に、十分な数の特徴点40が見えることが保証される。
一旦既知になると、患者が治療アイソセンタに対して正確に位置付けされた場合に、特徴点の位置を、特徴点40の予想位置の記憶された基準データと比較することができる。アライメントがあれば、RT送達を継続することができる。アライメントがない場合に、コンピュータ16は、患者移動命令を出力して、機械的カウチ20を動かして患者22をRT送達部に対して位置付けし、アイソセンタが腫瘍上に位置することを確実にするか、又は治療を停止することができる。
図4では、4つの代替の突起部138が各ターゲット面36a,36bに設けられる。突起部138は、タングステン等の放射線不透過性材料の球体50が各突起部138のチャネル52内に埋め込まれている点を除いて、図1〜図3に関して説明したものと同一である。球体50は、撮像されるときに、球体50を任意の角度により個々に区別することができるように、具体的には、以下で説明する目的のために、コンピュータ断層撮影(CT)スキャン中に球体が決して互いに重なり合うことがないように、配置される。
患者が放射線治療を受ける前に、CTスキャンを実施することによって、患者の基準ボリュメトリック(volumetric)画像が取得される。これらの画像は、患者内の腫瘍の位置を正確に決定するために使用され、放射線ビームが腫瘍上に焦点合わせされ、周囲の組織に焦点合わせされないことを確実にするような放射線治療の計画を可能にする。ピラミッド138及び球体50が厳しい製造公差で製造され、座標測定機を用いることによって正確な測定値が取得されると仮定すると、ピラミッド138の面Sに対する球体50の位置は高い精度で決定することができる。球体50の画像は、CTスキャン中にピラミッド138の輪郭の画像が取得される場合よりもより区別可能であり、従って球体50に対する患者内の腫瘍の位置、こうして球体の既知の固定した関係によって面Sに対す患者内の腫瘍の位置を高い精度で取得することができる。
患者が放射線治療を受けるとき、アイソセンタに対するピラミッド138の面Sの位置が既知であるだけでなく、(上記のように較正によって)アイソセンタに対するカメラ14の位置も既知であるので、アイソセンタに対する腫瘍の位置も、CTスキャン中にピラミッド138の面Sと球体50との間の位置関係を決定することにより既知となる。治療装置のアイソセンタに対する腫瘍の位置を知ることにより、放射線を腫瘍に適用することが可能になる。
上記の実施形態では、ピラミッド38、従って特徴点40は、対称的なパターンで配置される。代替実施形態では、ピラミッドは、非対称パターンで配置してもよく、又は異なる高さを有してもよい。非対称パターン又はピラミッドを提供することは、画像データを処理する際に個々のピラミッドの識別を容易にするので、有利となり得る。
上述の実施形態では、四角形ベースのピラミッドについて説明したが、本発明は、四角形ベースのピラミッドに限定する必要はなく、例えば、三角形ベースのピラミッドをターゲット面に設けてもよい。
上記の実施形態は、ピラミッドの面Sに投影されたスッペクル・パターンの複数の測定値からピラミッドの頂点の位置を決定することを説明している。代替実施形態では、ピラミッドの2つの表面上のスッペクル・パターンの複数の測定値を処理して、それらの交差面の頂点ではなくそれらの表面の位置が決定される。
代替実施形態では、ピラミッドは、点によって規定された頂点を有する必要はなく、例えば、丸みを帯びた頂点を有してもよい。同様に、平坦な面は、それら面が交わる箇所に丸みを帯びたエッジ有してもよい。このような丸みを帯びたエッジ/頂点の数学的モデリングによって、物理的な特徴点又はエッジが存在しないにもかかわらず、それらの位置を決定可能にすることが理解されよう。
定位手術に不可欠であり、患者22の頭部23の位置及び向きを決定することを可能にする上記の実施形態で説明したターゲット面は、頭部装着フレーム30に設けられる。なお、ターゲット面は、頭部装着フレーム30に設けられることに限定されず、高精度に位置及び向きを監視する必要があるあらゆる対象物に設けることができる。

Claims (18)

  1. 放射線治療装置と共に使用するための監視システムであって、当該監視システムは、
    その上に1つ又は複数の3次元突起部(38)が設けられたターゲット面(36a,36b)であって、各突起部(38)は多数の平坦な側面(S)を有する、ターゲット面(36a,36b)と、
    該ターゲット面(36a,36b)の画像を取得するように動作可能な立体カメラ(14)と、
    前記立体カメラ(14)によって取得された前記ターゲット面(36a,36b)の画像を、空間内の定点に対する前記立体カメラ(14)の位置及び向きを識別するデータと共に処理して、少なくとも1つ又は複数の3次元投影(36a,36b)によって規定された平坦な側面(S)の空間内の前記定点に対する前記位置を決定するように動作可能な処理モジュール(200)と、を有する、
    監視システム。
  2. 前記3次元突起部(38)のそれぞれの前記平坦な側面(S)は、特徴点(40)を規定するように収束し、前記処理モジュール(200)は、前記少なくとも1つ又は複数の3次元投影(36a,36b)によって規定された前記特徴点(40)の空間内の前記定点に対する前記位置を決定するように動作可能である、請求項1に記載の監視システム。
  3. 監視され、長手方向軸線(X)を有する対象物(30)をさらに有し、前記ターゲット面(36a,36b)は、前記対象物(30)に固定され且つ該対象物と共に移動可能である、請求項1又は2に記載の監視システム。
  4. 前記少なくとも1つの3次元突起部(38)は、複数の3次元突起部である、請求項1又は2に記載の監視システム。
  5. 前記複数の3次元突起部(38)のうちの1つが、前記複数の3次元突起部のうちの別のものとは異なるボリュームを有する、請求項4に記載の監視システム。
  6. 前記複数の3次元突起部(38)のうちの1つが、前記複数の3次元突起部(38)のうちの別のものと異なる高さ(H)を有する、請求項5に記載の監視システム。
  7. 前記3次元突起部(38)は非対称のパターンで配置される、請求項4乃至6のいずれか一項に記載の監視システム。
  8. 前記ターゲット面は、第1のターゲット面(36a)及び第2のターゲット面(36b)を含む、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の監視システム。
  9. 第1のターゲット面(36a)及び第2のターゲット面(36b)は、長手方向軸線(X)の周りで前記対象物上の円周方向に離間される、請求項3に従属する場合の請求項8に記載の監視システム。
  10. 第1のターゲット面(36a)及び第2のターゲット面(36b)は、それぞれ、互いに平行に延びる第1の軸線(FA1,FA2)と、それぞれの第1の軸線(FA1,FA2)に対して所定の角度で延びる第2の軸線(SA1,SA2)とを有する、請求項8又は9に記載の監視システム。
  11. 第1の軸線(FA1,FA2)は、それぞれの第2の軸線(SA1,SA2)に対し直交して延びる、請求項10に記載の監視システム。
  12. 第1の軸線(FA1,FA2)は、それぞれ、前記対象物(30)の長手方向軸線(X)に対して平行な方向に延びる、請求項3に従属する場合の請求項10又は11に記載の監視システム。
  13. 前記少なくとも1つのターゲット面(36a,36b)上に所定のパターンを投影するプロジェクタ(44)を含む、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の監視システム。
  14. 前記少なくとも1つの3次元突起部(38)はピラミッド(38)である、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の監視システム。
  15. 前記ピラミッドは四角形のピラミッドである、請求項14に記載の監視システム。
  16. 放射線治療システムであって、当該システムは、
    治療装置(12)と、
    請求項1乃至15のいずれか一項に記載の監視システムと、を有する、
    放射線治療システム。
  17. 監視システムと共に使用するためのターゲット面(36a,36b)であって、該ターゲット面(36a,36b)は、その上に1つ又は複数の3次元突起部(38)が設けられており、各突起部(38)は複数の平坦な側面(S)を有する、
    ターゲット面(36a,36b)。
  18. 前記1つ又は複数の3次元突起部(138)のそれぞれが、その中に埋め込まれた球体(50)を含む、請求項17に記載のターゲット面(36a,36b)。

JP2017557178A 2015-05-13 2016-05-12 監視システム Ceased JP2018515207A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1508163.1 2015-05-13
GB1508163.1A GB2538274B8 (en) 2015-05-13 2015-05-13 A target surface
PCT/GB2016/051372 WO2016181156A1 (en) 2015-05-13 2016-05-12 A monitoring system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018515207A true JP2018515207A (ja) 2018-06-14

Family

ID=53489549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017557178A Ceased JP2018515207A (ja) 2015-05-13 2016-05-12 監視システム

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180345040A1 (ja)
EP (1) EP3294137A1 (ja)
JP (1) JP2018515207A (ja)
CN (1) CN107872983B (ja)
GB (1) GB2538274B8 (ja)
WO (1) WO2016181156A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10742956B2 (en) * 2016-08-24 2020-08-11 Varian Medical Systems, Inc. System and method for determining position and orientation of depth cameras
JP6611833B2 (ja) * 2018-01-16 2019-11-27 キヤノン株式会社 放射線撮影システム、並びに、カメラ制御装置及びその制御方法
EP3557531A1 (en) * 2018-04-18 2019-10-23 Vision RT Limited Camera monitoring system for monitoring a patient in a bore based medical system
CN110807807B (zh) * 2018-08-01 2022-08-05 深圳市优必选科技有限公司 一种单目视觉的目标定位的图案、方法、装置及设备
EP3699925A1 (en) 2019-02-25 2020-08-26 Koninklijke Philips N.V. Camera assisted subject support configuration
EP4309731A1 (en) 2022-07-18 2024-01-24 Vision RT Limited Radiation incidence monitoring method and system
EP4331664A1 (en) 2022-08-31 2024-03-06 Vision RT Limited A system for monitoring position of a patient

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6405072B1 (en) * 1991-01-28 2002-06-11 Sherwood Services Ag Apparatus and method for determining a location of an anatomical target with reference to a medical apparatus
US6973202B2 (en) * 1998-10-23 2005-12-06 Varian Medical Systems Technologies, Inc. Single-camera tracking of an object
GB2390792B (en) * 2002-07-08 2005-08-31 Vision Rt Ltd Image processing system for use with a patient positioning device
DE10231630A1 (de) * 2002-07-12 2004-01-29 Brainlab Ag System zur Patientenpositionierung für die Strahlentherapie/Radiochirurgie basierend auf einer stereoskopischen Röntgenanlage
US6904125B2 (en) * 2003-07-14 2005-06-07 Cancer Care Ontario Phantom for evaluating nondosimetric functions in a multi-leaf collimated radiation treatment planning system
EP1741469A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-10 Engineers & Doctors Wallstén Medical A/S Method of guiding an irradiation equipment
CN102921114B (zh) * 2012-10-09 2016-08-24 重庆同康骨科医院有限公司 一种三维定位方法
GB2506903A (en) * 2012-10-12 2014-04-16 Vision Rt Ltd Positioning patient for radio-therapy using 3D models and reflective markers
CN103007440B (zh) * 2012-12-13 2015-09-09 上海交通大学 一种基于磁共振图像的超声探头三维坐标定位方法
GB2516282B (en) * 2013-07-17 2017-07-26 Vision Rt Ltd Method of calibration of a stereoscopic camera system for use with a radio therapy treatment apparatus
CN203802968U (zh) * 2014-02-26 2014-09-03 中国人民解放军第三〇七医院 一种用于立体定向放射治疗系统焦点位置检测的装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016181156A1 (en) 2016-11-17
GB2538274A (en) 2016-11-16
EP3294137A1 (en) 2018-03-21
US20180345040A1 (en) 2018-12-06
GB2538274B (en) 2017-08-09
GB2538274A8 (en) 2017-09-27
CN107872983A (zh) 2018-04-03
GB2538274B8 (en) 2017-09-27
GB201508163D0 (en) 2015-06-24
CN107872983B (zh) 2019-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11628313B2 (en) Patient monitor
JP2018515207A (ja) 監視システム
CN111132730B (zh) 与放射治疗设备一起使用的患者监测系统的校准方法
JP6284635B2 (ja) 放射線治療装置と共に使用するステレオカメラシステムを較正するキャリブレーション方法
CN107077745B (zh) 校准与放射治疗装置一起使用的患者监控系统的方法
CN108992796B (zh) 患者监测系统
KR102223769B1 (ko) 방사선 진단 및 치료 장치의 모션 평가 시스템 및 방법
US20200184625A1 (en) Method and apparatus for measuring the accuracy of models generated by a patient monitoring system
WO2022116114A1 (zh) 监测方法、装置及计算机存储介质
US12121751B2 (en) Patient monitor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190325

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200212

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200428

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200929

A045 Written measure of dismissal of application [lapsed due to lack of payment]

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045

Effective date: 20210224